Dilatasi waktu: apa itu, bukti, kalkulus

dilatasi waktu adalah perbedaan ukuran waktuuntuk dua jam tangan yang identik dan tersinkronisasi sempurna yang muncul ketika salah satu jam ini bergerak dengan kecepatan yang sebanding dengan kecepatan cahaya atau bahkan ketika itu tunduk pada medan gravitasi berbeda dari apa yang ditemukan di jam lain. Fenomena pelebaran temporal diprediksi dan dijelaskan secara teoritis oleh fisikawan Jerman Albert Einsteinsayatidakpada tahun 1905.

Lihat juga:Dilatasi temporal dan paradoks kembar

Apa itu pelebaran waktu dan bagaimana hal itu terjadi?

Dilatasi waktu dipahami sebagai ketinggalantidakukuran interval waktu antara dua referensials jam yang sebelumnya disinkronkan. Desinkronisasi ini dapat terjadi dalam dua situasi yang berbeda. Yang pertama adalah jika salah satu kerangka acuan bergerak dengan kecepatan mendekati kecepatan cahaya, yaitu sekitar 300 ribu kilometer per detik. Yang kedua dapat terjadi ketika salah satu referensi berada di wilayah potensial gravitasi berbeda dari yang pertama.

Dilatasi temporal adalah fenomena fisik yang dijelaskan dan diprediksi oleh Albert Einstein.

Dalam prakteknya, pelebaran temporal menyebabkan jam tangan"berputar lebih lambat", seolah-olah durasi konvensional detik atau menit, misalnya, sedikit meningkat. Selanjutnya, pelebaran temporal yang dihasilkan oleh kecepatan tinggi adalah timbal balik untuk dua referensi, yaitu, ketika salah satu melihat yang lain, keduanya akan melihat perjalanan waktu yang lebih lambat.

Ini tidak lagi terjadi dengan pelebaran temporal yang disebabkan oleh perbedaandibidanggravitasi, karena, dalam hal ini, hanya benda yang dikenai medan gravitasi berbeda yang mengalami dilatasi waktu. Jenis pelebaran ini dijelaskan oleh generalisasi dari teori relativitas khusus, yang dikenal sebagai teori relativitas umum.

Lihatjuga: Mengapa bahkan cahaya tidak bisa lolos dari lubang hitam?

Jangan berhenti sekarang... Ada lagi setelah iklan ;)

Eksperimen dan bukti pelebaran waktu

Dilatasi waktu, diramalkan oleh Teori relativitas Einstein, telah diamati dan diukur dalam sejumlah besar percobaan. Itu bisa dilihat di:

• akselerator partikel;

• jam atom;

• satelit;

• sinar kosmik, partikel energik yang memasuki atmosfer bumi dari segala arah di alam semesta.

Dalam salah satu percobaan ini, keberadaan partikel yang dikenal sebagai pi meson, pada ketinggian yang dekat dengan permukaan Bumi. Partikel-partikel ini dihasilkan ketika sinar kosmik bertabrakan dengan beberapa atom di atmosfer, menghancurkannya menjadi berbagai partikel yang lebih kecil.

Sejak saat setengah hidup pi meson sangat pendek, seharusnya tidak mungkin untuk melihatnya di ketinggian laut, misalnya, tetapi hanya di tempat yang terbentuk – beberapa kilometer tingginya. Apa yang terjadi dalam kasus ini adalah bahwa kecepatan pion ini bergerak, tepat setelah tumbukan itu yang mereka ciptakan, sangat besar sehingga, relatif terhadap Bumi, panjang paruh mereka memanjang sangat. Dengan cara ini, dimungkinkan untuk mendeteksi mereka di ketinggian rendah. Penemuan pi meson oleh Fisikawan Brasil Cesar Lattes disajikan sebagai luar biasa buktieksperimentalmemberipelebarandariwaktu.

Dalam percobaan lain, dua jam atom yang disinkronkan ditempatkan pada ketinggian yang berbeda (satu 33 sentimeter di atas yang lain) dan diukur istirahatdiwaktuentengbanyak perbedaan, karena jam yang lebih rendah mengalami gravitasi yang lebih kuat. Namun, perlu dicatat bahwa efek pelebaran temporal seperti itu sangat rendah sehingga jeda antara jam-jam ini hanya 90 miliar detik dalam 80 tahun pengukuran.

Dalam variasi percobaan ini, fisikawan mengatur salah satu jam untuk berosilasi dengan kecepatan 10 m/s. Dengan ini, mereka juga dapat mengukur perbedaan waktu terukur antara dua jam. Berdasarkan percobaan tersebut, hari ini kita mengetahui bahwa, ketika menaiki anak tangga atau masih mengendarai mobil, bahkan pada kecepatan rendah, waktu berlalu berbeda untuk kita semua.

Lihat juga:Sirius – salah satu akselerator partikel paling modern di dunia adalah orang Brasil

Perhitungan dilatasi waktu

Perhitungan pelebaransementara dibuat berdasarkan transformasidiLorentz. Transformasi ini tidak lebih dari satu set persamaan yang menghubungkan interval waktu di mana suatu peristiwa terjadi dalam dua referensi yang berbeda.

Lihat di bawah rumus yang digunakan untuk menghitung dilatasi waktu karena kecepatan.

untuk₀ – waktu yang diukur oleh pengamat saat diam (waktu sendiri)

untuk – waktu yang diukur oleh pengamat yang bergerak

v – kecepatan pengamat yang bergerak

ç - kecepatan cahaya

Rumus di atas juga dapat ditulis dengan cara yang lebih sederhana. Untuk itu, kita katakan bahwa waktu yang diukur oleh pengamat yang bergerak sama dengan eigentime dikalikan dengan faktor koreksi relativistik, yang dikenal sebagai faktor Lorentz.

Ayo buat contoh dengan rumus yang ditunjukkan di atas.

Misalkan dua jam atom sinkron sempurna dan salah satunya diatur untuk bergerak dengan kecepatan 0,6c (di mana c adalah kecepatan cahaya dalam ruang hampa). Jika 10 s telah melewati jam dalam keadaan diam, berapa detik telah berlalu oleh jam yang bergerak dengan kecepatan tinggi?

Mari kita hitung faktor Lorentz dengan informasi yang diberikan. Menonton:

Akhirnya, untuk mendapatkan waktu yang diukur oleh kerangka acuan bergerak, kita harus mengalikan waktu eigen dengan faktor koreksi Lorentz.

Berdasarkan perhitungan, kami menemukan bahwa jika salah satu jam bergerak dengan kecepatan sama dengan 60% dari kecepatan cahaya (0,6c), peristiwa 10 s akan diperpanjang durasinya menjadi 12,5 s. Namun, perlu dicatat bahwa kita hanya akan melihat pelebaran waktu jika kita mengamati peristiwa dari kerangka acuan saat diam dan sebaliknya.

Oleh Rafael Hellerbrock
guru fisika

Apakah Anda ingin mereferensikan teks ini di sekolah atau karya akademis? Lihat:

HELERBROCK, Rafael. "Dilatasi waktu"; Sekolah Brasil. Tersedia di: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/dilatacao-tempo.htm. Diakses pada 27 Juni 2021.